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選擇性汽缸停用的系統(tǒng)和方法

文檔序號(hào):9520759閱讀:747來源:國知局
選擇性汽缸停用的系統(tǒng)和方法
【專利說明】選擇性汽缸停用的系統(tǒng)和方法
[0001]本申請要求于2014年7月7日提交的美國臨時(shí)專利申請案N0.62/021,621 “SYSTEM AND METHOD FOR SKIP FIRE”的優(yōu)先權(quán),該申請案的全部內(nèi)容通過引用為所有目的而并入本申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)中的跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火(skip fire)操作。
【背景技術(shù)】
[0003]為了提高在低負(fù)荷狀況期間的燃料經(jīng)濟(jì)性,一些發(fā)動(dòng)機(jī)可以被配置為以選擇汽缸停用模式來操作,其中發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)汽缸經(jīng)由例如禁用進(jìn)氣和/或排氣門致動(dòng)、中斷燃料噴射和/或禁止對停用的汽缸火花點(diǎn)火來停用。在以選擇汽缸停用模式(也被稱為“跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火”)操作期間,總的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量可以被重新分配給點(diǎn)火的汽缸,這增加了每個(gè)汽缸負(fù)荷并且減小栗送工作,從而增加燃料經(jīng)濟(jì)性并且改善排放。被選擇用于停用的汽缸可以隨著每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)而變化,使得每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)中有不同的汽缸或汽缸組合被停用。此外,每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中所停用的汽缸數(shù)量可以隨著發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化而變化。
[0004]在具有進(jìn)氣道燃料噴射(PFI)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)中,跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火期間的空燃比控制由于燃料被噴射的時(shí)間與充氣被計(jì)算的時(shí)間之間的延遲而可能會(huì)受到挑戰(zhàn)。具體地,在PFI系統(tǒng)中,通常在氣缸的燃料被噴射的同時(shí),該汽缸的進(jìn)氣門被關(guān)閉,以提供所需的燃料的蒸發(fā)和混合。然而,在進(jìn)氣門再次打開和關(guān)閉之后,在該汽缸中捕集的空氣量隨后被確定為至多兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)。在跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火策略下,進(jìn)氣歧管動(dòng)力可以在該時(shí)間中顯著變化(例如,發(fā)動(dòng)機(jī)可以轉(zhuǎn)換進(jìn)或離開跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火操作),從而產(chǎn)生與最初預(yù)計(jì)的充氣不同的充氣,并且因此產(chǎn)生與預(yù)期不同的空燃比。
[0005]一種用于提高跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)中的空燃比控制的方法包括經(jīng)由直接噴射(DI)系統(tǒng)噴射燃料,因?yàn)楫?dāng)更新的充氣計(jì)算可用時(shí),DI噴射可以在很久之后發(fā)生。然而,在此,發(fā)明者已經(jīng)認(rèn)識(shí)到,在部分負(fù)荷狀況下,由于提高的空燃混合,較低的栗送工作以及較低的燃料栗寄生損失,PFI提供比DI更好的效率。因此,僅借助DI來操作可以導(dǎo)致燃料經(jīng)濟(jì)性的降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]由于以上的問題,發(fā)明人在此已經(jīng)設(shè)計(jì)了一種在維持進(jìn)氣道噴射的燃料經(jīng)濟(jì)性利益的同時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)的跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火操縱期間提供增加的空燃比控制的方法。在一個(gè)實(shí)施例中,一種方法包括,在跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火模式期間,進(jìn)氣道噴射第一燃料量到發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸,該第一燃料量基于汽缸的第一預(yù)定充氣量并且使期望空燃比稀化,以及直接噴射第二燃料量至該汽缸,第二燃料量基于第一燃料量和汽缸的第二計(jì)算充氣量。
[0007]以這種方式,提供給汽缸的大部分燃料可以經(jīng)由進(jìn)氣道噴射而被噴射,從而提供增強(qiáng)的燃料蒸發(fā)和混合以及較低的栗送功。經(jīng)由進(jìn)氣道噴射所噴射的燃料量可以有意地使期望空燃比稀化(lean),其中該期望空燃比基于該汽缸的估計(jì)充氣量來計(jì)算。隨后,在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)之后,當(dāng)汽缸中捕集的充氣的實(shí)際量可以被計(jì)算時(shí),燃料的附加量可以經(jīng)由直接噴射來提供以使整體空燃比達(dá)到期望空燃比。
[0008]本公開可以提供幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如,經(jīng)由進(jìn)氣道噴射來噴射大多數(shù)燃料,可以保持期望的燃料經(jīng)濟(jì)性。通過隨后在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中經(jīng)由直接噴射而提供燃料的“補(bǔ)足(make-up)”噴射,可以保持期望空燃比,即使是當(dāng)由于以跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火模式來操作而使進(jìn)氣歧管壓力和增壓空氣流變化時(shí)。
[0009]根據(jù)以下單獨(dú)或結(jié)合隨附附圖而進(jìn)行的詳細(xì)描述,本描述的以上優(yōu)點(diǎn)、其他優(yōu)點(diǎn)以及特征將變得顯而易見。
[0010]應(yīng)了解,以上概述被提供以便以簡化的形式引入概念的選擇,這些概念進(jìn)一步在詳細(xì)的描述中被描述。這不意味著確定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或必要特征,該主題的范圍由詳細(xì)說明書隨附權(quán)利要求唯一地限定。而且,要求保護(hù)的主題不限于解決以上所提到的任何缺點(diǎn)或本公開的任何部分中的實(shí)施例。
【附圖說明】
[0011]圖1示出多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)中的單個(gè)汽缸的示意圖。
[0012]圖2示出根據(jù)原發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火順序的在無跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火情況下的發(fā)動(dòng)機(jī)操作的示例性汽缸點(diǎn)火圖。
[0013]圖3示出根據(jù)控制的點(diǎn)火順序的在跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火情況下的發(fā)動(dòng)機(jī)操作的示例性汽缸點(diǎn)火圖。
[0014]圖4是被配置為通過跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火來操作發(fā)動(dòng)機(jī)的高階流程圖。
[0015]圖5是示出用于在跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火模式期間調(diào)整燃料噴射的方法的流程圖。
[0016]圖6是根據(jù)圖5的方法的發(fā)動(dòng)機(jī)操作的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)操作圖。
[0017]圖7是示出用于在跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火期間感測燃燒事件的方法的流程圖。
[0018]圖8是根據(jù)圖7的方法的發(fā)動(dòng)機(jī)操作的示例性汽缸點(diǎn)火圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]通過跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火來操作發(fā)動(dòng)機(jī)可以提高在諸如低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的某些工況期間的燃料經(jīng)濟(jì)性和排放,其中在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)汽缸被跳轉(zhuǎn)(skipped)并且不被點(diǎn)火。圖1示出被配置為通過跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火來操作的發(fā)動(dòng)機(jī),并且圖2-3示出圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)以非跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火模式(圖2)和跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火模式(圖3)的汽缸點(diǎn)火圖。相應(yīng)地,圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括控制器以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)用于進(jìn)行跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火操作的方法,諸如圖4所示的方法。
[0020]在跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火操作的某個(gè)時(shí)間段期間,諸如,在轉(zhuǎn)換進(jìn)或者轉(zhuǎn)換離開跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火期間,進(jìn)氣歧管動(dòng)力可以改變,這使得汽缸的空燃比控制變得困難,尤其是針對進(jìn)氣道燃料噴射系統(tǒng)。如以下更詳細(xì)描述的,在跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火期間可以執(zhí)行分離噴射/多次噴射(splitinject1n)程序,其中某些燃料在汽缸循環(huán)的早期部分期間(當(dāng)氣缸充氣的精確估計(jì)更具挑戰(zhàn)性時(shí))經(jīng)由進(jìn)氣道噴射而被噴射,并且燃料的補(bǔ)足脈沖在汽缸循環(huán)的稍后部分(當(dāng)捕集的氣缸充氣被更精確地測量時(shí))期間經(jīng)由直接噴射器而被噴射。圖5示出用于進(jìn)行分離噴射/多次噴射程序的方法,而圖6示出在圖5的執(zhí)行期間示例性發(fā)動(dòng)機(jī)操作圖。
[0021]此外,雖然一些跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火操作可以包括進(jìn)氣門/排氣門致動(dòng)、燃料噴射和火花點(diǎn)火的停用,但是其他跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火操作可以保持火花,甚至在停用的汽缸中。此外,氣門停用機(jī)制可能不完全可靠。在跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火操作期間,如果燃料蒸氣存在于增壓空氣(例如,其來自于燃料蒸氣罐凈化,或者來自于強(qiáng)制的正曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng))中,并且停用的氣缸的進(jìn)氣和排氣門意外被致動(dòng)時(shí),在停用的汽缸中可能發(fā)生非計(jì)劃的燃燒事件,從而導(dǎo)致扭矩?cái)_動(dòng)。為了最小化在跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火期間非計(jì)劃的汽缸事件所帶來的影響,可以經(jīng)由電離傳感來監(jiān)測燃燒狀態(tài),并且如果非計(jì)劃的燃燒事件發(fā)生在預(yù)定要跳轉(zhuǎn)的氣缸,則發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火順序可以被動(dòng)態(tài)地更新以跳轉(zhuǎn)下一個(gè)預(yù)定被點(diǎn)火的汽缸,從而保持所要求的扭矩。圖7示出用于監(jiān)測在跳轉(zhuǎn)點(diǎn)火期間燃燒的方法。圖8示出包括動(dòng)態(tài)更新的點(diǎn)火順序的示例性汽缸點(diǎn)火圖。
[0022]圖1描述了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒室或氣缸的示例實(shí)施例。發(fā)動(dòng)機(jī)10可以至少部分地通過包括控制器12的控制系統(tǒng)和通過來自車輛操作者130經(jīng)由輸入設(shè)備132的輸入來控制。在這個(gè)示例中,輸入設(shè)備132包括加速器踏板和用于產(chǎn)生成比例的踏板位置信號(hào)PP的踏板位置傳感器134。發(fā)動(dòng)機(jī)10的汽缸(即,燃燒室)14可以包括與位于其內(nèi)的活塞138接觸的燃燒室壁136。活塞138可以被耦接到曲軸140,使得活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲軸140可以經(jīng)由傳輸系統(tǒng)而被耦接到載客車輛中的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪。進(jìn)一步,起動(dòng)電動(dòng)機(jī)可以經(jīng)由飛輪而被耦接到曲軸140,以使發(fā)動(dòng)機(jī)10能夠起動(dòng)操作。
[0023]汽缸14可以經(jīng)由一系列的進(jìn)氣通道142、144以及146接收進(jìn)氣。進(jìn)氣通道146 (其另外被稱為進(jìn)氣歧管)可以與除汽缸14外的發(fā)動(dòng)機(jī)10的其它汽缸連通。在一些實(shí)施例中,一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣通道可以包括升壓裝置,諸如,渦輪增壓器或機(jī)械增壓器(supercharger)。例如,圖1示出被配置為具有渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)10,該發(fā)動(dòng)機(jī)包括設(shè)置在進(jìn)氣通路142和
144之間的壓縮機(jī)174和沿排氣通道148設(shè)置的排氣渦輪176。壓縮機(jī)174可以至少部分地通過排氣渦輪176經(jīng)由軸180供電,其中升壓裝置被配置為渦輪增壓器。然而,在其它示例中,諸如,在其中發(fā)動(dòng)機(jī)10被設(shè)置具有機(jī)械增壓器的示例中,排氣渦輪176可以被可選擇地省略,其中壓縮機(jī)174可以通過由來自電機(jī)電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械輸入來供電。包括節(jié)氣板164的節(jié)氣門162可以沿發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣通道而被設(shè)置,用于改變提供給發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的進(jìn)氣的流率和/或壓力。例如,節(jié)氣門162可以被設(shè)置在如圖1所示的壓縮機(jī)174的下游,或者可替代地設(shè)置在壓縮機(jī)174的上游。
[0024]排氣通道148可以接收來自除汽缸14以外的發(fā)動(dòng)機(jī)10的其他汽缸的排氣。示出的排氣傳感器128被耦接到排放控制裝置178的排氣通道148的上游。傳感器128可以是用于提供排氣空燃比的指示的任何合適傳感器,諸如線性氧傳感器或UEG0(通用或?qū)挿秶艢庋?、雙態(tài)氧傳感器或EG0(如所述)、HEG0(加熱的EGO)、NOx、HC或CO傳感器。排放控制裝置178可以是三元催化劑(TWC)、Ν0χ阱、各種其它排放控制裝置或它們的組合。
[0025]發(fā)動(dòng)機(jī)10的每個(gè)汽缸可以包括一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)或多個(gè)排氣門。例如,示出的汽缸14包括位于汽缸14的上部區(qū)域的至少一個(gè)進(jìn)氣提升氣門150和至少一個(gè)排氣提升氣門156。在一些實(shí)施例中,包括汽缸14的發(fā)動(dòng)機(jī)10的每個(gè)汽缸可以包括位于汽缸上部區(qū)域的至少兩個(gè)進(jìn)氣提升氣門和至少兩個(gè)排氣提升氣門。
[0026]進(jìn)氣門150可以通過控制器12經(jīng)由致動(dòng)器152來控制。類似地,排氣門156可以通過控制器12經(jīng)由致動(dòng)器154來控制。在某些狀況期間,控制器12可以改變提供給致動(dòng)器152和154的信號(hào),以控制相應(yīng)的進(jìn)氣門和排氣門的打開和閉合。進(jìn)氣門150和排氣門156的位置可以通過相應(yīng)的氣門位置傳感器(未示出)來確定。氣門致動(dòng)器可以是電動(dòng)氣門致動(dòng)式或凸輪致動(dòng)式或它們的組合。進(jìn)氣門正時(shí)和排氣門正時(shí)可以同時(shí)被控制或者任何可能的可變進(jìn)氣凸輪正時(shí)、可變排氣凸輪正時(shí)、雙獨(dú)立可變凸輪正時(shí)或固定凸輪正時(shí)可以被使用。每個(gè)凸輪致動(dòng)系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)凸輪,并且可以利用凸輪輪廓切換(CPS)、可變凸輪正時(shí)(VCT)、可變氣門正時(shí)(VVT)和/或可以由控制器12操作以改變氣門操作的可變氣門升程(VVL)系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)。例如,汽缸14可替換地包括經(jīng)由電動(dòng)氣門致動(dòng)來控制的進(jìn)氣門和經(jīng)由包括CPS和/或VCT的凸輪致動(dòng)來控制的排氣門。在其他實(shí)施例中,進(jìn)氣門和排氣門可以通過共同的氣門致動(dòng)器或致動(dòng)系統(tǒng),或可變氣門正時(shí)致動(dòng)器或致動(dòng)系統(tǒng)來控制。
[0027]在操作期間,發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)的每個(gè)汽缸通常經(jīng)歷四個(gè)沖程循環(huán):該循環(huán)包括進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。在進(jìn)氣沖程期間,通常,排氣門156關(guān)閉并且進(jìn)氣門150打開??諝饨?jīng)由進(jìn)氣歧管146被引入到燃燒室14,并且活塞138移動(dòng)到汽缸的底部,以便增加燃燒室14內(nèi)的體積?;钊?38靠近汽缸底部且處于其沖程的結(jié)束(例如,當(dāng)燃燒室30處于其最大體積時(shí))的位置通常被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱作下止點(diǎn)(
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